第二篇物質代謝及其調節

Part2MetabolismandItsRegulation卜友泉生物化學與分子生物學教研室重慶醫科大學代謝是生命的基本特征之一，藉此實現生物體與外界環境的物質交換、自我更新及機體內環境的相對穩定。特點：動態、有序、逐步進行、高度適應和靈敏調節。代謝引論物質代謝能量代謝新陳代謝合成代謝（同化作用）分解代謝（異化作用）新的物質合成舊的物質分解需要能量釋放能量機體內環境穩定第一章生物氧化第二章糖代謝第三章脂類代謝第四章氨基酸代謝第五章核苷酸代謝第六章物質代謝的聯系與調節本篇主要內容重點掌握各代謝途徑的基本流程、關鍵步驟/酶與生理意義及相互聯系，系統掌握、學以致用。不能簡單地死記硬背代謝反應。學習側重點生物氧化

BiologicalOxidation卜友泉生物化學與分子生物學教研室重慶醫科大學本章主要內容第一節生物氧化概述第二節生成ATP的氧化體系第三節其它不生成ATP的氧化體系第一節生物氧化概述重點：掌握生物氧化的概念了解生物氧化與燃燒的不同與意義三、生物氧化的意義生成ATP的氧化體系：主要位于線粒體營養物質通過該體系實現氧化供能。不生成ATP的氧化體系主要位于微粒體和非營養物質的生物轉化等密切相關。第二節生成ATP的氧化體系（線粒體中）掌握呼吸鏈的概念，兩條呼吸鏈的組成和排列順序。掌握氧化磷酸化的概念，熟悉偶聯部位、P/O比值的概念。了解化學滲透假說。熟悉影響氧化磷酸化的因素。掌握高能磷酸鍵的概念，熟悉常見的高能磷酸化合物。掌握ATP的生成方式。了解胞液中NADH氧化的兩種穿梭機制。一、呼吸鏈（RespiratoryChain）1.呼吸鏈的概念也稱電子傳遞鏈：electrontransferchain由多種酶和輔酶構成的遞氫體和遞電子體按一定順序排列在線粒體內膜上形成一條能使氫氧化成水并釋放能量的鏈鎖式反應體系。營養物質代謝脫下的氫（體內存在形式為NADH和FADH2），通過該體系的傳遞，最后與氧結合生成水，同時驅動ATP生成。兩條：NADH呼吸鏈和FADH2呼吸鏈線粒體的結構2.呼吸鏈的組成及排列順序（1）呼吸鏈中常見的幾種蛋白質或酶黃素蛋白鐵硫蛋白泛醌（CoQ）細胞色素含有核黃素衍生物FMN或FAD的蛋白質和酶類。輔基為FMN或FAD，可傳遞氫和電子。黃素蛋白簡介（氧化型）（還原型）含鐵的蛋白質，在植物、動物、微生物中廣泛存在。輔基為鐵硫中心或稱鐵硫簇(Fe-S)，含等量鐵和硫原子。所含的鐵原子可通過Fe2+

Fe3++e

反應傳遞電子。鐵硫蛋白簡介Fe2-S2Fe4-S4也稱輔酶Q,CoQ為一類脂溶性醌類化合物，含有多個異戊二烯單位組成（6~10）的側鏈。其苯醌母核結構能可逆地加氫還原成對苯二酚化合物。是呼吸鏈中的氫傳遞體。輔酶Q10膠囊：用于心血管等疾病的治療；但有爭議。泛醌簡介Cytochrome,Cyt是一類以鐵卟啉為輔基的催化電子傳遞的酶類。根據其吸收光譜不同而分為Cytabc三類及不同亞類。所含的鐵原子可通過Fe2+

Fe3++e

反應傳遞電子。細胞色素簡介呼吸鏈中常見的幾種蛋白質或酶名稱特點主要功能黃素蛋白以FAD或FMN為輔基傳遞H和電子鐵硫蛋白輔基為鐵硫中心(Fe-S)傳遞單個電子泛醌（CoQ）脂溶性，能在內膜中自由擴散傳遞H和電子細胞色素以血紅素為輔基傳遞單個電子要點回顧（2）呼吸鏈的組成由上述蛋白組裝成4個獨立的能夠傳遞氫和電子的大分子復合體：ⅠⅡⅢⅣ另有2個游離分子：CoQ和CytC復合體酶名稱亞基主要成分輔基ⅠNADH-CoQ還原酶39黃素蛋白、鐵硫蛋白FMN,Fe-SⅡ琥珀酸-CoQ還原酶4黃素蛋白、鐵硫蛋白FAD,Fe-SⅢCoQ-Cytc還原酶10Cytb、Cytc1和鐵硫蛋白血紅素,Fe-SⅣCytc氧化酶13Cyta和a3血紅素,Cu呼吸鏈的4個大分子復合體（3）呼吸鏈的排列順序NADH呼吸鏈FADH2呼吸鏈二、氧化磷酸化(Oxidativephosphorylation)1.氧化磷酸化的概念在生物氧化過程中，代謝物脫下的氫和電子沿呼吸鏈傳遞過程中逐步釋放能量，偶聯驅動ADP磷酸化生成ATP。這種氧化與磷酸化緊密偶聯的過程即~。氧化磷酸化是體內ATP生成的主要方式。2.氧化磷酸化的偶聯部位NADH呼吸鏈3個、FADH2呼吸鏈2個3.P/O比值即在氧化磷酸化過程中，每消耗1mol氧原子所生成ATP的摩爾數。NADH呼吸鏈為2.5、FADH2呼吸鏈1.54.氧化磷酸化偶聯機制（了解）化學滲透假說：電子經呼吸鏈傳遞時，將質子(H+)從線粒體內膜的基質側泵到胞漿側，產生跨膜質子電化學梯度差；當質子順濃度梯度回流時驅動ATP合酶催化生成ATP。ATP合酶（1）氧化磷酸化抑制劑呼吸鏈抑制劑直接阻斷電子傳遞。復合體Ⅰ：魚藤酮、阿米妥（異戊巴比妥）復合體Ⅱ：萎銹靈復合體Ⅲ：抗霉素A復合體Ⅳ：CN-,CO（人體中毒）解偶聯劑則破壞電子傳遞建立的跨膜質子電化學梯度，使氧化與磷酸化解偶聯。外源性：二硝基苯酚內源性：解偶聯蛋白

③ATP合酶抑制劑同時抑制電子傳遞和ATP生成。寡霉素（抗菌、抗腫瘤等）5.影響氧化磷酸化的因素不同的氧化磷酸化抑制劑（2）ADP的調節作用ADP是調節人體氧化磷酸化速率的主要因素。ATP/ADP↓→

氧化磷酸化↑（3）甲狀腺激素促進氧化磷酸化、使基礎代謝率增高。（4）線粒體DNA突變線粒體DNA基因編碼一些呼吸鏈蛋白。電子傳遞過程中伴隨有大量氧自由基產生，可造成線粒體DNA的突變進而影響氧化磷酸化功能。三、ATP等高能化合物：1.高能鍵與高能化合物高能鍵：水解時釋放較多能量（＞20.92KJ/mol）的活潑共價鍵稱為高能鍵，用“~”

表示。常見的為高能磷酸鍵“~P”。高能化合物：含有高能鍵的化合物。常見的高能化合物有：ATP、磷酸肌酸、乙酰CoA、1,3-二磷酸甘油酸、磷酸烯醇式丙酮酸等。ATP2.ATP（1）體內ATP的生成方式氧化磷酸化：是體內ATP生成的主要方式。底物水平磷酸化：在物質氧化分解釋放能量的代謝過程中，一些中間代謝物將其含有的高能磷酸鍵直接轉移給ADP生成ATP。是體內生成ATP的次要方式。（2）ATP的作用生物體內能量的轉移、儲存和利用均以ATP為中心，ATP被喻為能量的通用貨幣。3.磷酸肌酸存在于需能較多的骨骼肌、心肌和腦組織中。能量的轉移、儲存和利用生物氧化放能四、胞液中NADH氧化磷酸化的方式線粒體內的NADH可直接參加氧化磷酸化，但胞漿中的NADH不能自由通過線粒體內膜，必須通過兩種穿梭機制進入線粒體以氧化磷酸化。名稱存在部位進入的呼吸鏈及ATP生成量α-磷酸甘油穿梭腦、神經、肌肉等經FADH2進入FADH2呼吸鏈，生成1.5分子ATP。蘋果酸-天冬氨酸穿梭心、肝等經NADH進入NADH呼吸鏈，生成2.5分子ATP。α-磷酸甘油穿梭系統蘋果酸-天冬氨酸穿梭系統第三節其它不生成ATP的氧化體系了解其基本特點、類型和作用一、微粒體氧化體系二、過氧化物酶體氧化體系微粒體氧化體系過氧化物酶體氧化體系除線粒體的氧化體系外，在微粒體、過氧化物酶體等部位還存在其他氧化體系，參與呼吸鏈以外的氧化過程，其特點是不伴磷酸化，不能生成ATP，主要參與體內代謝物、藥物和毒物的生物轉化。一、微粒體氧化體系RH+NADPH+H++O2→ROH+NADP++H2O主要含有細胞色素P450單加氧酶系，該酶催化氧分子中的一個氧原子加到底物分子上（使底物分子羥化）；另一個氧原子被氫（來自NADPH+H+）還原生成水，故又稱混合功能氧化酶或羥化酶。二、過氧化物酶體中的氧化體系過氧化氫酶、過氧化物酶三、抗氧化酶系（1）反應活性氧類(reactiveoxygenspecies,ROS)來源：內源性：主要為細胞內呼吸鏈電子傳遞泄露引起。外源性：感染、藥物等。種類：O2-.,H2O2,.OH危害：導致蛋白質、DNA等大分子損傷，進而破壞正常細胞的結構與功能，引發各種疾病。（2）體內主要抗氧化酶系有：谷胱甘肽過氧化物酶（GPx）：可消除H2O2和過氧化物（R-OOH）。過氧化氫酶：消除細胞內的H2O2和過氧化物。超氧化物歧化酶（SOD）：能清除自由基O2-.。小結掌握生物氧化的概念。掌握呼吸鏈的概念，兩條呼吸鏈的組成成分和排列順序。掌握氧化磷酸化的概念，熟悉偶聯部位、P/O比值的概念。了解化學滲透假說。熟悉影響氧化磷酸化的因素。掌握高能磷酸鍵的概念，熟悉常見的高能磷酸化合物。掌握ATP的生成方式。了解胞液中NADH氧化的兩種穿梭機制。了解線粒體外其它氧化體系。測試題下列關于線粒體氧化磷酸化解偶聯的敘述，正確的是A．ADP磷酸化作用加速氧的利用B．ADP磷酸化作用繼續，但氧利用停止C．ADP磷酸化停止，但氧利用繼續D．ADP磷酸化無變化，但氧利用停止氰化物中毒是由于抑制了下列哪種細胞色素(Cyt)?A．CytaB．Cytaa3C．CytbD．CytcE．Cytc下列代謝物經相應特異脫氫酶催化脫下的2H，不能經過NADH呼吸鏈氧化的是A．異檸檬酸

B．蘋果酸

C．α-酮戊二酸D．琥珀酸

E．丙酮酸下列哪種化合物中不合高能磷酸鍵?A．1,6-雙磷酸果糖B．二磷酸腺苷C．1,3-二磷酸甘油酸D．磷酸烯醇式丙酮酸E．磷酸肌酸胞漿NADH經α-磷酸甘油穿梭后氧化磷酸化產生的ATP